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词条 贴体坐标系
释义

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贴体坐标系(Body-Fitted Coordinates,简称BFC)是近些年来发展起来的一种网格坐标系统。它能使网格边界与具有复杂几何形状的固体表面相吻合。

优点

贴体坐标有如下优点:

(l)能适用于具有复杂几何形状的积分区域:

(2)能够在近固壁处布置较密网格,以适应近壁区参数变化剧烈的求解要求,较准确地体现固壁对流场的影响:

(3)使网格线与流线的方间一致或接近,可以减少一些常用差分格式(如线性上风格式)的数值扩散误差。

基于贴体坐标系的以上优点,虽然采用贴体坐标会使微分方程和数值方法复杂化,但是仍被广泛应用。

主要构造

贴体坐标系的构造是通过坐标变换来实现的,通常有两种方式,采用代数关系式或求解微分方程。求解Laplace微分方程的计算较为复杂,但是构造的网格曲线光滑,适应性好,更适用于变化剧烈的不规则流域。如果要调整网格的疏密程度,且不限制网格正交性,则可以通过求解Poisson方程来生成网格。本文便采用这种方法,把曲线坐标看作是物理平面(上 Poisson方程的解。这样可以得到真实的物理特性,且湍流场有相当好的收敛。

Spalding认为,曲线坐标网格系统可以看作直角坐标网格系统的收缩和扭曲,所谓构造曲线网格坐标系统就是要给出所有网格边界交点的坐标,对于三维坐标而言,就是要捉供3x(nx+1)x(ny+1)x(nz+1)个格点坐标数据,这里nx、ny、nz分别表示x、y、z方向上的网格数。对于不同结构形式的燃烧室,网格数是不同的。

一般来说,物理域的边界形状越复杂,布置计算网格时可供选择的方案也越多。当网格由物理域映射到计算域时,要考虑到网格的扭曲情况与特定流动解的要求。局部网格的扭曲要对整个解的精度影响较小,扭曲的网格应尽量位于均匀流动区域或流动性能不很关键的区域。在多维问题中,当流速与网格线倾斜交又时,会发生垂直与主流方向的数值扩散,影响计算的精度。因此,正确布置贴体网格是计算成功的前提条件。

当然,坐标变换带来的积分区域的简化是有代价的,这就是微分方程必须转化到新的曲线坐标系中。

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更新时间:2024/12/24 4:08:25